【正文】 別在超聲波的接收和發(fā)射部分，方案一的發(fā)射電路采用74LS04六反相器來驅(qū)動40kHz的超聲波，而方案二采用直接通過對單片機(jī)的編程由I/O口直接產(chǎn)生40kHz的超聲波，方案一雖然增加了六反相器，但這能保證超聲波一定能發(fā)射出去，提高驅(qū)動能力。當(dāng)CX20106A接收到反射40kHz的信號時，會在第7腳產(chǎn)生一個低電平下降脈沖，這個信號可以接到單片機(jī)的外部中斷引腳作為中斷信號輸入，停止計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)，并讀取T0計(jì)數(shù)值存儲。 通過方案比較，方案一更加節(jié)省資金，容易實(shí)現(xiàn)，與我們的實(shí)際情況相符，因此確定選擇方案一為最終實(shí)施方案。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)采用AT89C52，具有較高的數(shù)據(jù)存儲空間；晶體振蕩器采用12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差；超聲波傳感器選擇T/R4016（T發(fā)射/R接收）；LED七段數(shù)碼管選用簡單實(shí)用的四位LED共陽數(shù)碼管，位碼采用PNP三極管8550驅(qū)動；超聲波發(fā)射電路采用六反相器74LS04構(gòu)成的推挽形式將方波信號加到超聲波傳感器兩端，以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度；超聲波檢測接收電路主要采用CX20106A集成電路。下面就先以硬件電路的設(shè)計(jì)加以說明。以下是對超聲波測距系統(tǒng)的各部分電路的說明：AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。顯示電路的作用是采用動態(tài)掃描法使4位LED共陽數(shù)碼管實(shí)時顯示。超聲波檢測接收電路的作用主要是對接收到的超聲波回波進(jìn)行放大和整形，將其轉(zhuǎn)換成單片機(jī)中斷信號。 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的硬件電路主要分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、超聲波發(fā)射電路、超聲波檢測接收電路及聲光報(bào)警電路五部分。單片機(jī)系統(tǒng)主要起控制電路中的各部分能夠按照設(shè)計(jì)要求正常工作的作用，在本電路中單片機(jī)采用AT89C52，采用了12MHz高精度的晶振，以獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率，減小測量誤差。芯片上的FPEROM允許在線或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復(fù)編程。除ROM和RAM外，芯片內(nèi)部還有三個16位的定時器/計(jì)數(shù)器，在本系統(tǒng)中定時器T0用來測量超聲波的傳輸時間。時鐘電路 常用的時鐘電路設(shè)計(jì)有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式，本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部時鐘方式。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容。復(fù)位電路本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是的上電自動復(fù)位電路，上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電源接通時只要Vcc 的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。由于P0口輸出電壓很低，無法驅(qū)動數(shù)碼管點(diǎn)亮，所以要加上拉電阻，一般選擇10kΩ上拉電阻。： 顯示電路超聲波發(fā)射電路主要由六反相器74LS04組成的推挽電路和超聲波發(fā)射傳感器構(gòu)成。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。其中的上拉電阻RR2一方面可以提高反相器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。超聲波傳感器超聲波傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)，將機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換，并利用波的特性，實(shí)現(xiàn)對各種參量的測量。常用的超聲波頻率為幾十kHz幾十MHz。質(zhì)點(diǎn)的振動與波的傳播方向一致的波稱為縱波；質(zhì)點(diǎn)的振動與波的傳播方向垂直的波稱為橫波；質(zhì)點(diǎn)的振動介于縱波與之間，沿著表面?zhèn)鞑ィ穹S著深度的增加而迅速衰減的波稱為表面波。 傳播速度超聲波的傳播速度與介質(zhì)的密度和彈性特性有關(guān)，與環(huán)境條件也有關(guān)。對于固體，其傳播速度為 C= 式中，E為固體的彈性模量；u為介質(zhì)的泊松比。 反射和折射超聲波在通過兩種不同介質(zhì)時，會產(chǎn)生反射和折射現(xiàn)象，有如下的關(guān)系：=C1/C2 式中CC2為超聲波在兩種介質(zhì)中的速度；為入射角，b為折射角。若超聲波進(jìn)入介質(zhì)的強(qiáng)度為I0，通過介質(zhì)后的強(qiáng)度為I，則他們之間的關(guān)系為： I= I0eAd 式中，d為介質(zhì)的厚度，A為介質(zhì)對超聲波能量的吸收系數(shù)。因此，在空氣中常采用頻率較低的超聲波，而在固體、液體中則采用頻率較高的超聲波。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中就是利用壓電式超聲波傳感器，該超聲波傳感器是利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。同時要注意的是超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在其結(jié)構(gòu)上稍有不同，在使用中一定要分清楚器件上的符號標(biāo)志。下面就對T/R40超聲波傳感器進(jìn)行一些簡單介紹：1 超聲波傳感器型號代碼例如T/。 超聲波傳感器的外形結(jié)構(gòu)示意圖⑶ 所示。要想很好地運(yùn)用超聲波傳感器，還要了解它的各項(xiàng)性能指標(biāo)，： 超聲波傳感器性能指標(biāo)超聲波型號T/R4010T/R4012T/R4016中心頻率40士1kHz40士1kHz40士1kHz發(fā)射聲壓大于107dB大于112dB大于115dB接收靈敏度74dB/v/ubar67dB/v/ubar64dB/v/ubar6dB指向100deg80deg50deg電容1100士25%pF2500士25%pF2400士25%pF⑸ 超聲波傳感器特性曲線 ① 。 靈敏度特性曲線由這些特性曲線圖可知，T/R40超聲波傳感器在輸入頻率為40kHz時，各種特性都呈現(xiàn)出最佳狀態(tài)，因此為了得到最佳效果必須使單片機(jī)輸出方波的頻率為40kHz?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38kHz與測距的超聲波頻率40kHz較為接近，而且CX20106A的載波頻率可以通過其5腳與電源所接的電阻大小調(diào)整到40kHz，所以可以利用它制作超聲波檢測接收電路。以集成片CX20106A的7腳做為指今輸出端，利用單片機(jī)外中斷0口監(jiān)測超聲波接收電路輸出的返回信號；CX20106A的5腳與電源之間所接電阻R7的大小決定著它本身的帶通濾波器的中心頻率的大小，在本系統(tǒng)中選擇R7的阻值為200k，此時的中心頻率=40kHz；超聲波接收傳感器R接在CX20106A的1腳與地所接電容C5的兩端，根據(jù)測量范圍要求不同，可適當(dāng)更改接于超聲波接收傳感器R電極兩端的電容C5的大小，以改變接收電路的接收靈敏度和抗干擾能力。它主要是由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器（BPF）、峰值檢波器和波形整形器等組成。（2）帶通濾波器在集成電路內(nèi)部，濾波特性由5腳和電源之間外接電阻的阻值來決定，可不必進(jìn)行調(diào)整，帶通濾波器的頻率范圍為30～60kHz，由于沒有使用電感，可免受磁場的影響。（4）集電極開路輸出，能直接與TTL或CMOS電路相連。5 kΩ2C2該腳和地之間接有RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò),、電容小,則增益低,反之則高。若電容量大，則受外部噪波干擾增強(qiáng)，而且輸出脈沖的低電平持續(xù)時間增加，遙控距離變短7OUT指令輸出端,是集電極開路輸出端,該腳與電源之間連接22 kΩ電阻,8Vcc供電電源端,電壓為5177。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用單片機(jī)程序控制電路發(fā)生報(bào)警，通過單片機(jī)輸出低電平觸發(fā)的，選擇了發(fā)光二極管以及蜂鳴器作為該報(bào)警電路的主要元器件，： 聲光報(bào)警電路第4章 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、定時器T1中斷服務(wù)子程序、外部中斷INT0中斷服務(wù)子程序、距離計(jì)算子程序、初始化子程序、顯示子程序、延時子程序等組成。下面就對主要的程序加以說明。這樣只要計(jì)算出從發(fā)出超聲波信號到接收到返回信號所用的時間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。設(shè)計(jì)時取超聲波20℃時的聲速為344m/s。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關(guān)，在使用時，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中取20℃時的的聲速為344m/s。(INT0)則被用來接收回波。：開始系統(tǒng)初始化啟動定時器T1定時60ms,開T1中斷調(diào)用距離計(jì)算顯示距離清回波接收成功標(biāo)志位回波接收成功標(biāo)志位置1NY啟動計(jì)數(shù)器T0，開始計(jì)數(shù)，開外部中斷INT0 本設(shè)計(jì)中40 kHz方波的產(chǎn)生采用軟件方式實(shí)現(xiàn)：，這樣得到一個周期為40 kHz的脈沖，再循環(huán)發(fā)送8次。：計(jì)數(shù)器T0清零并啟動計(jì)數(shù)器T0，開中斷允許EA連續(xù)發(fā)射8個40kHz的超聲波延時1ms以避免“虛假發(fā)射波”開外部中斷INT0返 回定時器T1中斷服務(wù)子程序入口 定時器T1中斷服務(wù)程序流程圖本設(shè)計(jì)利用外中斷0檢測返回超聲波信號，一旦接收到返回超聲波信號（即INT0引腳出現(xiàn)低電平），立即進(jìn)入中斷程序。：關(guān)總中斷允許EA停止計(jì)數(shù)器T0計(jì)數(shù)，并讀取T0計(jì)數(shù)值存儲置回波接收成功標(biāo)志位為1返 回外部中斷INT0中斷服務(wù)子程序入口 INT0中斷服務(wù)子程序流程圖在軟件程序的設(shè)計(jì)當(dāng)中，無論是在數(shù)碼管動態(tài)掃描程序當(dāng)中，或是在超聲波的發(fā)射與接收中，延時程序都占有很重的份量，如果沒有延時程序的工作，系統(tǒng)也不會穩(wěn)定而且正常的工作。{int m。m200。 _nop_()。 _nop_()。i0。} 此外，還有幾點(diǎn)需要說明的是：在使用12MHz的晶振時，由于周期T=1/f=1／[(12)／12]=1μs，則根據(jù)計(jì)算初值公式，求得X=159F，即定時器T1的初值為TH1=0x15,TL1=0x9F。從發(fā)射開始一直到“虛假反射波”結(jié)束這段時間，不開放INT0中斷申請，可有效躲避干擾，但也會造成測試的“盲區(qū)”。一般來說，發(fā)射端脈沖個數(shù)越多，能量越大，所能測的距離也越遠(yuǎn)。第5章 系統(tǒng)調(diào)試情